近断层脉冲型地震动作用下高层摩擦摆基础隔震结构的减震性能研究

近断层地震动中长周期、短持时和高能量的加速度脉冲将对高层摩擦摆基础隔震结构的减震性能产生不利影响,考虑土-结构相互作用（SSI效应）后的隔震结构将产生动力耦合效应,可能进一步放大隔震结构地震响应。为此,通过一幢框架-核心筒高层摩擦摆基础隔震结构的非线性地震响应分析,考察近断层脉冲型地震动作用下框架-核心筒摩擦摆基础隔震结构的层间位移角、楼层加速度和隔震层变形等响应规律,揭示隔震体系的损伤机理。基于集总参数SR （sway-rocking）模型,分析不同场地类别与不同地震动类型对隔震体系动力响应影响规律。结果表明:高层摩擦摆基础隔震结构在近断层脉冲型地震动作用下的减震效果相比普通地震动减震效果变差,楼层剪力、层间位移角和隔震层变形等超越普通地震动作用下的1.5倍;对于Ⅲ和Ⅳ类场地类别,考虑SSI效应使隔震结构的地震响应进一步放大,弹塑性层间位移角随着土质变软增大尤为明显。     

多点激励的高位隔震单层柱面网壳振动台试验

为研究单层柱面网壳结构橡胶支座隔震的效果以及地震动行波效应对隔震网壳地震响应的影响,采用高阻尼橡胶支座对网壳缩尺模型进行高位隔震,输入多组实际地震波进行振动台试验,包括一致激励及视波速1 000m/s、500 m/s和250m/s,测试结构的加速度、位移及杆件应变等动力响应。试验结果表明:HDR支座高位隔震有效延长大跨网壳结构的自振周期,上部结构所承受的总水平地震作用值降低烈度1~3度,隔震后上部结构的运动趋于同步。行波激励下,结构地震响应沿地震波传播方向相对逐渐增大,地震波传出端附近的隔震支座剪切变形明显增大,按一致激励设计偏于不安全。     

三维远场长周期地震下考虑SSI层间隔震结构地震响应分析

实际地震具有多维特性,只考虑水平向作用往往不够真实全面,而且远场长周期地震动不同于普通地震动,具有周期长、持时长、低频成份丰富等特征,对周期较大的隔震类结构会产生不利影响,在考虑SSI效应(soil-structure interaction, SSI)中尤为复杂,需深入探讨。基于此,建立大底盘层间隔震结构,在三维地震动激励下,探讨普通地震与远场长周期地震对层间隔震结构的不同影响,并分析考虑SSI效应对结构的不同程度影响。结果表明：三维地震下,远场长周期对层间隔震结构产生的地震响应远大于普通地震;考虑SSI效应时,随着土体变软,结构响应增大;针对传统水平隔震支座,在三维远场长周期地震下出现层间位移角和支座位移超限问题,设置三维隔震支座,解决了超限问题,分析结果表明其隔减震效果明显优于传统水平隔震支座。     

支座摩擦系数对摩擦摆基础隔震结构地震反应的影响

对不同地震烈度作用下的摩擦摆基础隔震结构进行了地震反应分析,分析了支座摩擦系数对支座位移、楼层加速度和楼层剪力的影响。结果表明随着摩擦摆支座摩擦系数的增大,支座位移逐渐减小,而结构的加速度和楼层剪力逐渐增大;随着地震作用强度的提高,摩擦系数对支座位移的影响逐渐增大,而摩擦系数对结构加速度和楼层剪力的影响逐渐减小。     

位于不同场地的隔震储罐在地震作用下响应对比分析

就橡胶垫隔震体系和摩擦摆隔震体系,研究分析大型立式储液罐在不同场地实际地震作用下的响应,同时将地震响应与非隔震储罐进行对比分析。分析结果表明:在柔软场地,摩擦摆隔震系统的减震效果要好于橡胶垫系统。摩擦摆支座控制隔震层位移的能力要好于橡胶垫支座。此外,进行了参数影响分析,来衡量储罐储液量、高径比和隔震系统的隔震周期对储罐主要响应的影响。储罐储液量较小时,摩擦摆支座的减震率要好于橡胶垫支座。隔震储罐高径比不宜取为0.8,此时脉冲位移和基底剪力的峰值响应都较大。隔震周期在2 s～3 s区间范围内时,可以取得最优减震效果。     

复合隔震结构模型振动台试验研究

作者对一个二层复合隔震结构钢框架模型进行了振动台试验,该模型采用夹层橡胶支座与摩擦滑移支座并联组合作为隔震层,既能提供足够的弹性恢复力,又具有良好的结构耗能能力。试验测得结构各项动力响应,并将软件计算数据与试验数据进行了比较,结果表明复合隔震结构的加速度反应小,楼层层间位移也较小,上部结构基本为平动,结构耗能能力显著,而且软件可以很好地模拟结构的地震反应规律。     

设置抗拔型三重摩擦摆隔震支座框架结构地震响应分析

抗拔型三重摩擦摆隔震支座是一种新型隔震支座。以框架结构为例,利用ANSYS软件建立了6层和10层普通抗震结构和带该支座的基础隔震结构模型;通过模态分析,得到了结构的自振周期;通过地震响应分析,提取了6层框架隔震层和顶层的位移、加速度和剪力时程曲线,并提取了不同层数不同结构类型的各层间位移、加速度幅值。结果表明：与抗震结构相比,基础隔震结构周期显著增大;隔震结构的变形主要集中在隔震层,隔震层以上的结构基本为整体平动,结构的地震位移反应得到了有效的减小;采用抗拔型三重摩擦摆隔震支座能降低结构地震加速度反应;设置抗拔型三重摩擦摆隔震支座的多层数隔震结构的能量衰减不如低层数的隔震结构迅速。     

摩擦摆基础隔震结构多维地震反应分析

对摩擦摆基础隔震结构进行了单向、双向和三向地震反应对比分析,表明考虑双向水平地震动时摩擦摆基础隔震结构的支座位移增大,而结构的加速度和楼层剪力减小,其中对支座位移和结构加速度影响较大;考虑竖向地震动时摩擦摆基础隔震结构的支座位移略有减小,而结构的加速度和楼层剪力增大,其中对结构加速度影响较大.因而,在进行摩擦摆基础隔震结构地震反应分析时,应考虑多维地震动的影响.     

远场长周期地震动下高层摩擦摆基础隔震结构的减震性能

高层摩擦摆基础隔震结构在远场长周期地震动长持时的长周期成份作用下,尤其是类谐波成份作用下,隔震层上部结构的减震性能将可能无法得到保证,且摩擦摆支座亦可能产生超限变形。为此,远场长周期地震动作用下高层摩擦摆基础隔震结构的减震性能需进一步探讨。通过一幢框架-核心筒高层摩擦摆基础隔震结构的非线性地震响应分析,揭示远场长周期地震动,尤其是在类谐和长周期地震动下框架-核心筒高层摩擦摆基础隔震结构的地震响应规律。提出在隔震层增设黏滞阻尼器对结构的地震响应进行控制。结果表明:摩擦摆隔震不能满足结构在远场类谐和长周期地震动作用的减震要求,而且还将放大其作用下结构的非线性响应;组合隔震结构能较有效地控制长周期地震动、特别是远场类谐和长周期地震作用下隔震层上部结构以及隔震层的弹塑性地震响应,尤其可显著减小隔震支座的最大变形,使其不超越隔震支座的容许变形值。     

摩擦摆基础隔震结构双向地震反应分析

采用双向耦合力学模型模拟摩擦摆支座的双向耦合效应,对摩擦摆基础隔震结构进行了单向和双向地震反应对比分忻,分析表明在双向地震作用下结构各层的加速度反应较小,隔震层的层间位移较大,而上部结构的层间位移较小,并且在双向地震作用下,支座的最大位移明显大于单向地震作用时的支座最大位移,因而应考虑双向地震作用对摩擦摆基础隔震结构地震反应和隔震支座性能的影响。     

曲线桥梁摩擦滑移隔震性能分析及试验研究

为探讨曲线桥梁的隔震性能,应用摩擦滑移隔震理论,研究了摩擦滑移隔震橡胶支座在两种典型工作状态下支座的受力、变形和位移关系,建立了摩擦滑移本构关系,推导并分析了摩擦滑移支座的计算方法和耗能机理。结合振动台试验,分析了不同场地类型地震波、不同等级加速度荷载对不同刚度桥墩的破坏规律及隔震效果的影响。研究表明,桥墩裂缝开展主要以弯曲裂缝为主,桥墩刚度对裂缝开展部位影响较大;支座以剪切破坏为主;强震作用下,主梁加速度响应与地震波类型基本无关,而与支座和主梁间的摩擦系数有关;随着荷载等级的增大,摩擦滑移隔震支座的隔震效率提高。     

铁路劲性骨架混凝土拱桥减隔震方案优化研究

为研究不同设防烈度下铁路劲性骨架混凝土拱桥的合理减隔震方案,以某主跨为445 m的铁路混凝土拱桥为分析背景,选用SAP2000结构分析软件建立全桥空间动力有限元模型进行非线性动力时程分析,对比了多级设防烈度下不同参数的摩擦摆支座和“摩擦摆支座+连梁装置”2类减隔震方案用于铁路劲性骨架拱桥的减隔震效率。结果表明：设防烈度较低时,摩擦摆支座能在一定程度上控制拱桥结构的地震响应,设防烈度高时控制效果有限,考虑行车平顺性,应优先选取半径较大的摩擦摆支座;“摩擦摆支座+连梁装置”方案在强震作用下,结构关键位置内力响应值没有明显增大,同时,伸缩缝位移值明显降低,提升了拱桥结构地震作用下的安全性。实际工程中,推荐使用“摩擦摆支座+连梁装置”方案以提高大跨度上承式铁路劲性骨架混凝土拱桥抗震性能。     

曲线桥梁摩擦滑移隔振试验及隔振机理研究

针对曲线桥梁在地震中因固定支座处及桥墩底部受力过大而破坏严重的现象,提出考虑支座摩擦滑移隔震的曲线桥梁抗震设计方法,通过大型振动台模型试验,研究曲线桥梁考虑支座摩擦滑移时的隔震机理。试验结果表明:支座摩擦滑移可有效减小地震作用下曲线桥梁的桥墩加速度响应,但同时会增加桥墩与梁体间的相对位移;曲线桥梁进行隔震设计后,桥墩的应变响应明显减小,证明该设计方法可有效避免地震作用下桥墩底部产生较大的损伤;最后,探讨了考虑支座摩擦滑移时曲线桥梁的隔震机理并与震害进行了对比验证。研究成果可为曲线桥梁的减震隔设计提供新的视角。     

滑动摩擦隔震桥梁振动台试验研究

滑动摩擦隔震支座具有良好的耗能能力、较大水平位移能力和较好的耐久性能,为桥梁减隔震设计提供了一种新方法。本文针对分别安装有单球面摩擦摆支座、双凹面摩擦摆支座、多球面滑动摩擦支座的3种隔震桥梁模型开展了振动台试验研究。通过观察和量测模型桥梁位移、加速度等反应,得出采用3种滑动摩擦支座的隔震桥梁反应特性和隔震效果。由此可知,滑动摩擦隔震支座能有效减小地震对桥梁上部结构的影响,滑动摩擦隔震支座的自振周期与桥梁上部结构无关,只与支座摩擦系数和等效曲率半径相关。     

支座滑道半径对摩擦摆基础隔震结构地震反应的影响

对摩擦摆基础隔震结构进行了地震反应分析,研究了支座滑道半径对支座位移、楼层加速度和楼层剪力的影响,表明当支座的摩擦系数较小时,随着支座滑道半径的增大,隔震结构的自振周期增大,摩擦摆支座位移逐渐增大,结构的加速度反应和楼层剪力减小当支座的摩擦系数较大时,改变支座的滑道半径,调整基础隔震结构周期对支座位移、结构加速度反应和...     

新型滑移隔震结构模型的振动台试验研究

利用实体软钢棒作为消能限位装置,将一种摩擦性能优良的二硫化钼材料作为隔震支座的滑移材料,提出并制作了一种可以应用于框架结构既能隔震又可以消能的新型摩擦滑移隔震装置。探讨了其设计方法和应用方法,并对安装了该新型摩擦滑移隔震装置的一相似比为1:5的5层框架结构模型进行了振动台试验,测试了框架结构在单向地震波作用下的地震反应规律,分析了摩擦滑移隔震结构的加速度反应、层间剪力反应、隔震层滑移量及隔震层剪力的变化规律。结果表明:一般情况下当设防烈度为8度,Ⅱ类场地时,该隔震结构的加速度响应可降低50%左右,层间剪力响应可降低50%左右,减震效果比较明显。另外,只要确定合理的构造方案和实施方案,这种新型摩擦滑移隔震装置就能满足框架结构的隔震减震要求,可应用于实际工程结构中。     

不同支座布置下组合基础隔震结构能量反应分析

通过对5种不同支座布置方案的组合基础隔震结构施加不同场地条件下的双向水平地震波,研究了场地类别和地震波加速度峰值及支座布置方式对结构总输入能量的影响,并进行了耗能分析。结果表明,随着地震波峰值的增大,结构总输入能量增大;相同地震峰值条件下,场地土越软,总的输入能量越大;组合隔震结构应用于软土场地时隔震层滞回耗能比更大,隔震效果更好;组合隔震结构两种支座中选择分散布置方案时,隔震层耗能比更大,隔震效果优于支座集中布置方案。     

FVD与FPB在大跨长联减隔震体系梁桥中的联合作用机理研究

为验证液体黏滞阻尼器(FVD)与摩擦摆支座(FPB)组合在大跨长联减隔震体系梁桥中的应用效果,以一联(50+8×100+50) m预应力混凝土连续梁桥为工程背景,建立全桥有限元模型,通过输入场地地震安评报告提供的50年超越概率为2%的三条人工模拟地震波,开展单独及组合使用液体黏滞阻尼器和摩擦摆支座的大跨长联梁桥减隔震研究,从能量耗散的角度揭示液体黏滞阻尼器与摩擦摆支座组合在大跨长联减隔震体系梁桥中的联合作用机理。结果表明,大跨长联梁桥仅使用黏滞阻尼器,其长周期特性激发黏滞阻尼器充分发挥耗能,但无法避免对固定墩的地震损伤;仅使用摩擦摆支座隔震在纵(横)向强震下会引起支座位移超限;摩擦摆支座与黏滞阻尼器组合的减震机理为摩擦摆支座提供墩梁间的弱连接,激发墩梁间的相对速度,促进黏滞阻尼器(速度型)充分发挥阻尼耗能作用。另外,组合减震方案中摩擦摆支座为辅助耗能装置,黏滞阻尼器为主要耗能装置,且主控梁体位移;相比仅使用摩擦摆支座隔震,由于黏滞阻尼器激发的阻尼力增强了墩梁间约束,这种组合减隔震可能使结构输入能量增加,从而导致地震反应加剧。     

基础隔震结构的减震耗能特性分析

根据基础隔震理论,在钢筋沥青隔震礅的基础上,提出一种新型钢结构隔震礅,设计和制作了缩尺房屋模型,并对其进行振动台试验。通过对隔震结构模型的动力特性、地震响应及能量平衡分析,绘制试验过程中的加速度及能量时程曲线,研究钢隔震礅应用于低层框架结构的减震耗能能力。大量工程实例可以看出该隔震礅隔震效果显著,制作简单、价格低廉、耐久性好,适于在广大村镇地区低层框架结构中推广使用。试验表明:隔震结构模型在不同的地震作用下,加速度折减系数处在0.24~0.51之间,且结构的阻尼耗能在振动台试验中占总输入能量的60%~70%,对结构耗能起主导作用,说明该基础隔震装置不仅具有较好的减震耗能特性能,对于控制隔震层的位移也有好的效果。     

摩擦摆支座在单层球面网壳结构中的隔震分析

将摩擦摆支座（FPS）应用于单层球面网壳结构的隔震，给出了隔震网壳结构的运动方程。通过对比分析不同强度地震动输入条件下的结构动力响应特征，考察了FPS支座应用于网壳结构隔震的有效性和适用性。研究结果表明，在不同强度的地震动作用下，隔震结构的节点加速度峰值和杆件轴力峰值都得到了有效控制，且地震动强度越大，控制效果越好。